JP2006238563A - 電気推進装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】荒天時等に船舶の推進用プロペラの負荷変動が発生しても発電機出力変動を抑制する電気推進装置を提供する。
【解決手段】交流発電機の出力電力をコンバータ／インバータで交流電力に変換して交流電動機に入力し、この交流電動機で推進用固定ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、負荷電力の微分値が予め設定された閾値を上回った時に充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、微分値が予め設定された閾値を下回った時に充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備えているので、交流電動機の負荷電力変動に対して交流発電機の出力変動を抑制し、原動機の出力の急変により発生する黒煙を抑制することができる。
【選択図】図１
【解決手段】交流発電機の出力電力をコンバータ／インバータで交流電力に変換して交流電動機に入力し、この交流電動機で推進用固定ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、負荷電力の微分値が予め設定された閾値を上回った時に充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、微分値が予め設定された閾値を下回った時に充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備えているので、交流電動機の負荷電力変動に対して交流発電機の出力変動を抑制し、原動機の出力の急変により発生する黒煙を抑制することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、船舶の推進用プロペラを駆動する電気推進装置に関する。
従来の船舶の推進用プロペラの駆動用として使用されている電気推進装置は、例えば特許文献１に開示されている。この電気推進装置の構成を図５を参照して説明する。
図５に示すように、原動機１ａにより駆動される交流発電機１ｂによって船内負荷２及び交流電動機３に電力を供給している。また、交流発電機１ｂの出力する交流電力を直流電力に変換するコンバータ４ａと、このコンバータ４ａが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ４ｂ及び直流電圧を平滑化するコンデンサ４ｃを備えている。インバータ４ｂは出力電圧・周波数が可変であり、交流電動機３の回転速度を制御する交流電動機３には推進用固定ピッチプロペラ５が直結されており、交流電動機３の回転力を船舶の推進力に変換している。
図５に示すように、原動機１ａにより駆動される交流発電機１ｂによって船内負荷２及び交流電動機３に電力を供給している。また、交流発電機１ｂの出力する交流電力を直流電力に変換するコンバータ４ａと、このコンバータ４ａが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ４ｂ及び直流電圧を平滑化するコンデンサ４ｃを備えている。インバータ４ｂは出力電圧・周波数が可変であり、交流電動機３の回転速度を制御する交流電動機３には推進用固定ピッチプロペラ５が直結されており、交流電動機３の回転力を船舶の推進力に変換している。
他の従来の船舶の推進用プロペラの駆動用電気推進装置を図６を参照して説明する。
図６に示すように、原動機１ａにより駆動される交流発電機１ｂによって船内負荷２及び交流電動機３に電力を供給している。交流電動機３は、ほぼ一定回転のため交流電動機３に直結されている推進用可変ピッチプロペラ６のピッチを変えることにより船舶の推進力を制御している。
図６に示すように、原動機１ａにより駆動される交流発電機１ｂによって船内負荷２及び交流電動機３に電力を供給している。交流電動機３は、ほぼ一定回転のため交流電動機３に直結されている推進用可変ピッチプロペラ６のピッチを変えることにより船舶の推進力を制御している。
しかしながら、船舶は航行中に荒天時等に遭遇することがしばしばある。そうすると、荒天時等の波浪により推進用固定ピッチプロペラが海面上に露出して空転するレーシング現象が発生する。
ところで、上述のような図５に示す従来の推進用プロペラの駆動用電気推進装置では、レーシングにより推進用固定ピッチプロペラ５にかかる負荷トルクが急激に変動することになる。このような負荷トルクの変動は、交流電動機３の電力変動となるため電力を供給している発電機１ｂの出力変動となる。発電機１ｂの出力は、直結されている原動機１ａの出力であり、原動機１ａがディーゼル機関においては急激な出力変動をした場合には黒煙が発生するという欠点がある。さらに、主発電装置１からの電源供給がなくなると、図示しない別の主発電装置を始動して電力を供給するが、別の主発電装置が電力を供給するまでの間は、交流電動機３が運転できなくなり航行不能になるという問題もある。
また、図６に示す従来の電気推進装置の場合でもレーシングにより推進用可変ピッチプロペラ６にかかる負荷トルクが急激に変動する、このとき主発電装置１からの電源供給がなくなると、別の主発電装置が電力を供給するまでの間は交流電動機３が運転できなくなり航行不能になる、というように図５の従来例と同様な現象が発生する、という欠点がある。
特開平１１−２８５２９１号公報
本発明は上記情況に対処するためになされたものであり、その目的は荒天時等に船舶の推進用プロペラの負荷変動が発生しても発電機出力変動を抑制する電気推進装置を提供することであり、また、他の目的は主発電装置からの電源供給がなくなった場合でも、航行できる電気推進装置を提供することである。
本発明はの目的を達成するために、請求項１記載の発明は、交流発電機の出力電力をコンバータで直流電力に変換し、前記直流電力をインバータで交流電力に変換して交流電動機に入力し、この交流電動機で推進用固定ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、前記交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、前記交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、前記負荷電力の微分値を出力する微分回路と、前記微分値が予め設定された閾値を上回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、前記微分値が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備え、前記交流電動機の負荷電力変動に対して前記交流発電機の出力変動を抑制することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、交流発電機の出力電力を交流電動機に供給し、前記交流電動機で推進用可変ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、前記交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、前記充放電器に接続され，充電時は前記交流発電機の出力電力を交流電力から直流電力に変換して当該充放電器に供給し，放電時は当該充放電器の出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、前記負荷電力の微分値を出力する微分回路と、前記微分値が予め設定された閾値を上回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、前記微分値が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備え、前記交流電動機の負荷電力変動に対して前記交流発電機の出力変動を抑制することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電気推進装置において、船内の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電圧判定回路と、前記電圧判定回路と前記電力増加判定回路との論理和演算を行い前記チョッパ制御回路へチョッパ動作信号を出力する論理和演算器を備え、船内停電時にも前記交流電動機へ電力を供給できることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２記載の電気推進装置において、船内の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電圧判定回路と、前記電圧判定回路と前記電力増加判定回路との論理和演算を行い前記チョッパ制御回路へチョッパ動作信号を出力する論理和演算器を備え、船内停電時にも前記交流電動機へ電力を供給できることを特徴とする。
本発明によれば、荒天時等で推進電動機の急激な電力変動が発生しても、充放電器が電力変動を抑制するように充電または放電を行うので、ディーゼル機関等の原動機の黒煙の発生を抑制することができる効果がある。また、主発電装置からの電力供給がなくなり、船内全停電時に充放電器から電力を放電することにより、交流電動機を駆動させ、待機主発電装置の電力供給開始まで、船舶を航行させることができる効果がある。
以下、本発明の最良の実施の形態を図を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、従来例の図５と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、従来例の図５と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
図１の本発明の第１の実施の形態である電気推進装置において、図５の従来例と異なる構成は、充放電器２０、電力検出器１０、計器用変圧器１１、計器用変流器１２、微分回路１４、電力増加判定回路１５、電力減少判定回路１６、チョッパ制御回路１７を備えたことである。充放電器２０は、スイッチ２１、スイッチ２２、ダイオード２３、ダイオード２４、リアクトル２５、コンデンサ２６から構成されている。充放電器２０の両端はインバータ４ｂの入力端子に接続されており、その内部はスイッチ２１とダイオード２３とリアクトル２５とスイッチ２２が直列に接続され、コンデンサ２６の両端は直列接続されたリアクトル２５とスイッチ２２の両端に接続され、さらにダイオード２４がリアクトル２５とスイッチ２２の接続部とスイッチ２１の他端に接続されている。
次に、本実施形態である電気推進装置の作用を説明する。
電力検出器１０は計器用変圧器１１で検出される電圧及び計器用変流器１２で検出される電流を入力し、交流電動機３の消費電力Ｐを出力する。微分回路１４は電力の変化率ｄＰ／ｄｔを演算する。電力減少判定回路１６は設定された閾値Ｋ1より小さい（但し、Ｋ1＜０）と判定すれば、スイッチ２１を入とし、スイッチ２２を切として、コンデンサ２６を充電する。この充電により、交流電動機３の出力の減少に対して交流発電機１ｂの出力の減少が抑制される。反対に電力増加判定回路１５で設定された閾値Ｋ2より大きい（但し、Ｋ2＞０）と判定すれば、スイッチ２１を切とし、チョッパ制御回路１７にチョッパ動作指令を出力する。チョッパ制御回路１７は、チョッパ動作指令が入力されるとスイッチ２２の入／切を繰り返す。このように、スイッチ２２、ダイオード２４、リアクトル２５が昇圧チョッパとして動作し、コンデンサ２６が放電する。これにより、交流電動機３の出力の増加に対して交流発電機１ｂの出力電力の増加が抑制される。
電力検出器１０は計器用変圧器１１で検出される電圧及び計器用変流器１２で検出される電流を入力し、交流電動機３の消費電力Ｐを出力する。微分回路１４は電力の変化率ｄＰ／ｄｔを演算する。電力減少判定回路１６は設定された閾値Ｋ1より小さい（但し、Ｋ1＜０）と判定すれば、スイッチ２１を入とし、スイッチ２２を切として、コンデンサ２６を充電する。この充電により、交流電動機３の出力の減少に対して交流発電機１ｂの出力の減少が抑制される。反対に電力増加判定回路１５で設定された閾値Ｋ2より大きい（但し、Ｋ2＞０）と判定すれば、スイッチ２１を切とし、チョッパ制御回路１７にチョッパ動作指令を出力する。チョッパ制御回路１７は、チョッパ動作指令が入力されるとスイッチ２２の入／切を繰り返す。このように、スイッチ２２、ダイオード２４、リアクトル２５が昇圧チョッパとして動作し、コンデンサ２６が放電する。これにより、交流電動機３の出力の増加に対して交流発電機１ｂの出力電力の増加が抑制される。
上述したように、本実施形態の電機推進装置によると、荒天時等にプロペラの急激な負荷変動が発生しても、駆動している交流電動機の電力変動を検出し、交流電動機の消費電力増加時は充放電器が放電し、交流電動機の消費電力減少時は充電することにより、交流発電機の急激な電力変動を抑制し、原動機（ディーゼル機関）の出力の急変により発生する黒煙を抑制することができる。
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図１の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
図２は、本発明の第２の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図１の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態である電気推進装置が図１の第１の実施の形態と異なる構成は、コンバータを用いないでインバータ７の1次側を、主発電装置１と交流電動機３とを結ぶ電力線に接続し、その２次側を充放電器２０の両端に接続した点である。
次に、本実施形態の作用を説明する。
充放電器２０の作用は、図１の第１の実施の形態と同一であり重複説明のため省略する。一方、インバータ７により充放電器２０が充電される場合は、交流電力を直流電力に変換する。反対に充放電器２０から放電される場合は、直流電力を交流電力に変換する。
充放電器２０の作用は、図１の第１の実施の形態と同一であり重複説明のため省略する。一方、インバータ７により充放電器２０が充電される場合は、交流電力を直流電力に変換する。反対に充放電器２０から放電される場合は、直流電力を交流電力に変換する。
本実施形態は上記したような構成であるので、第１の実施の形態と同様に、荒天時等にプロペラの急激な負荷変動が発生しても、駆動している交流電動機の電力変動を検出し、交流電動機の消費電力増加時は充放電器が放電し、交流電動機の消費電力減少時は充電することにより、交流発電機の急激な電力変動を抑制し、原動機（ディーゼル機関）の出力の急変により発生する黒煙を抑制することができる電気推進装置を提供できる。
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図１の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
図３は、本発明の第３の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図１の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態である電気推進装置が図１の第１の実施の形態と異なる構成は、コンバータ４ａの入力側に遮断器８と電圧検出器１３を設けるとともに、この電圧検出器１３で検出された交流電圧を電圧判定回路１８に入力し、その出力と電圧増加判定回路１５の出力を論理和演算器１９に入力するように構成した点である。
次に、本実施形態の作用を説明する。
電圧検出器１３はコンバータ４ａの入力交流電圧を検出し電圧実効値Ｖ1を出力する。ここで、主発電装置１が故障停止して電力供給がなくなり、電圧判定回路１８で０Ｖと判定された場合は、スイッチ２１と遮断器８を切とする。その後、電圧判定回路１８でＶ1が設定された閾値ＶＬより小さいと判定されれば、電圧低下信号を出力する。論理和演算器１９は電圧低下信号と電圧増加判定回路１５の出力するチョッパ動作指令の論理和Ｃ1を出力する。チョッパ制御回路１７はＣ1が入力されると、スイッチ２２の入／切を繰り返す。このことにより、スイッチ２２、ダイオード２４、リアクトル２５が昇圧チョッパとして動作し、コンデンサ２６から放電して、交流電動機３へ電力供給する。その後、図示しない別の主発電装置が始動して電力を供給するまでの間、充放電器から電力を供給する。
電圧検出器１３はコンバータ４ａの入力交流電圧を検出し電圧実効値Ｖ1を出力する。ここで、主発電装置１が故障停止して電力供給がなくなり、電圧判定回路１８で０Ｖと判定された場合は、スイッチ２１と遮断器８を切とする。その後、電圧判定回路１８でＶ1が設定された閾値ＶＬより小さいと判定されれば、電圧低下信号を出力する。論理和演算器１９は電圧低下信号と電圧増加判定回路１５の出力するチョッパ動作指令の論理和Ｃ1を出力する。チョッパ制御回路１７はＣ1が入力されると、スイッチ２２の入／切を繰り返す。このことにより、スイッチ２２、ダイオード２４、リアクトル２５が昇圧チョッパとして動作し、コンデンサ２６から放電して、交流電動機３へ電力供給する。その後、図示しない別の主発電装置が始動して電力を供給するまでの間、充放電器から電力を供給する。
本実施形態は上記したような構成であるので、主発電装置からの電力供給がなくなり、船内全停電時に充放電器から放電することにより交流電動機の電力供給が可能となる。これにより、図示しない別の主発電装置が電力供給を開始するまでの間、交流電動機を運転し非常時の航行として使用できる電気推進装置を提供できる。
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図２の第２の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
図４は、本発明の第４の実施の形態である電気推進装置の構成図であり、図２の第２の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態である電気推進装置が図２の第２の実施の形態と異なる構成は、インバータ７の入力側に遮断器８と電圧検出器１３を設けるとともに、この電圧検出器１３で検出された交流電圧を電圧判定回路１８に入力し、その出力と電圧増加判定回路１５の出力を論理和演算器１９に入力するように構成した点である。
次に、本実施形態の作用を説明する。
充放電器２０と遮断器８及び電圧検出器１３の作用は、第３の実施の形態と同一のため省略する。インバータ７は、充放電器２０から放電させるため、直流電力を交流電力に変換する。
充放電器２０と遮断器８及び電圧検出器１３の作用は、第３の実施の形態と同一のため省略する。インバータ７は、充放電器２０から放電させるため、直流電力を交流電力に変換する。
本実施形態は上記したような構成であるので、第３の実施の形態と同様に、主発電装置からの電力供給がなくなり、船内全停電時に充放電器から放電することにより交流電動機の電力供給が可能となる。これにより、図示しない別の主発電装置が電力供給を開始するまでの間、交流電動機を運転し非常時の航行として使用できる電気推進装置を提供できる。
１…主発電装置、１ａ…原動機、１ｂ…交流発電機、２…船内負荷、３…交流電動機、４ａ…コンバータ、４ｂ…インバータ、４ｃ…コンデンサ、５…推進用固定ピッチプロペラ、６…推進用可変ピッチプロペラ、７…インバータ、８…遮断器、１０…電力検出器、１１…計器用変圧器、１２…計器用変流器、１３…電圧検出器、１４…微分回路、１５…電力増加判定回路、１６…電力減少判定回路、１７…チョッパ制御回路、１８…電圧判定回路、１９…論理和演算器、２０…充放電器、２１…スイッチ、２２…スイッチ、２３…ダイオード、２４…ダイオード、２５…リアクトル、２６…コンデンサ。
Claims (4)
- 交流発電機の出力電力をコンバータで直流電力に変換し、前記直流電力をインバータで交流電力に変換して交流電動機に入力し、この交流電動機で推進用固定ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、前記交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、前記交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、前記負荷電力の微分値を出力する微分回路と、前記微分値が予め設定された閾値を上回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、前記微分値が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備え、前記交流電動機の負荷電力変動に対して前記交流発電機の出力変動を抑制することを特徴とする電気推進装置。
- 交流発電機の出力電力を交流電動機に供給し、前記交流電動機で推進用可変ピッチプロペラを駆動する船舶の電気推進装置において、前記交流電動機の負荷電力変動を吸収する充放電器と、前記充放電器に接続され，充電時は前記交流発電機の出力電力を交流電力から直流電力に変換して当該充放電器に供給し，放電時は当該充放電器の出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記交流電動機の負荷電力を検出する電力検出器と、前記負荷電力の微分値を出力する微分回路と、前記微分値が予め設定された閾値を上回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電力増加判定回路及びチョッパ制御回路と、前記微分値が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器に充電させる指令を出力する電力減少判定回路とを備え、前記交流電動機の負荷電力変動に対して前記交流発電機の出力変動を抑制することを特徴とする電気推進装置。
- 請求項１記載の電気推進装置において、船内の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電圧判定回路と、前記電圧判定回路と前記電力増加判定回路との論理和演算を行い前記チョッパ制御回路へチョッパ動作信号を出力する論理和演算器を備え、船内停電時にも前記交流電動機へ電力を供給できることを特徴とする電気推進装置。
- 請求項２記載の電気推進装置において、船内の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧が予め設定された閾値を下回った時に前記充放電器から放電させる指令を出力する電圧判定回路と、前記電圧判定回路と前記電力増加判定回路との論理和演算を行い前記チョッパ制御回路へチョッパ動作信号を出力する論理和演算器を備え、船内停電時にも前記交流電動機へ電力を供給できることを特徴とする電気推進装置。
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